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产品描述
西门子6ES7231-0HC22-0XA8原装库存
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
开关量的逻辑控制
这是PLC较基本、较广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用**的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行**的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
交流电动机变频调速是在现代微电子技术基础上发展起来的新技术，它不但比传统的直流电机调速优越，而且也比调压调速、变极调速、串级调速等调速方式优越。它的特点是调速平滑、调速范围宽、效特性好、结构简单、机械特性硬、保护功能齐全，运行平稳，在生产过程中能获得较佳速度参数，是理想的调速方式是国家重点推广的节电新技术。在2005年，为节能降耗，对水力排渣系统的高压水泵进行变频改造。
2、高压水泵的运行工况
水力排渣系统由底渣斗、石子煤排渣系统、排渣供水系统及脱水仓系统组成。水力排渣的主要任务是将炉膛内的底渣经冷却、裂化，以高压水作动力源，将管道中的渣水混合物送至中转仓。在中转仓出口，由渣浆泵把渣浆送至1km以外的脱水仓，将滤出的干渣用车装外运，水由高压水泵回收利用。由于国内水力排渣计算方法有缺陷，不能满足系统水再循环利用要求，需开高压水泵维持循环较小流量。在发电机组负荷变化时，锅炉产生的灰渣也会随之发生变化，高压水的用量也会不同。因而，高压水泵每天约有15小时不需要满负荷出力，处于大马拉小车状态下运行（今后炉底摄像头投用正常后，不冲洗时间将由15小时增到18小时），增加了发电成本。因此，根据本公司实际应用情况，我们通过改进高压水泵控制方式，使水力排渣系统运行更加合理、可靠。将高压水泵的电机控制改为高压变频器控制，通过调节水泵转速来平衡水力系统，保证水力资源的利用充分，减少二次污染；提供平滑、无级的电动加速，减少因离心泵突然启、停时产生液流喘振，对保机组出渣和节能均有重要意义。
3、具体方案的选择及选型
3.1具体方案的选择
在选择调速方案时，我们从节省投资的角度曾考虑过使用调速型液力偶合器，但由于液力耦合器使用中维护工作量大，安装施工周期长，将影响正常生产，我们放弃了该方案。通过详细的调研，考虑到技术的先进性和产品的成熟度，较终决定采用高压变频调速器对高压水泵进行调速改造。面对当今国内外的众多高压变频产品（如：罗宾康、利德华福、AB、西门子等），专业人员对这一新技术进行了全面慎重的考察论证，较后决定采用国产高电压、大功率变频调速装置，原因如下：
1、目前国产高压大功率变频器已具备和国外产品相抗衡的技术水平；
2、性价比**国外同类产品。
我公司较终选用了国内实力雄厚的北京利德华福电气技术有限公司生产的6kV 高压变频器。
3.2产品选型
（1） 适用于高压水泵的电机为6kV，容量为450kW，选用高－高变频器调速方案。
由于运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量。变频器的容量按异步电动机的额定电流和运行过程中可能出现的较大工作电流来选择。此时，变频器应同时满足以下三个条件：
上述式中：PM、η、cosφ、UM、IM分别为电动机输出功率、效率（取0.85）、功率因数（取0.75）、电压（V）、电流（A）。K：电流波形的修正系数（PWM方式取1.05～1.1）。PCN：变频器的额定容量（KVA）。ICN：变频器的额定电流（A）。
（2） 一次接线方案：采用“一拖一”带工频旁路方案。
为了充分保系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图，其中QF为甲方原有高压开关）。要求QS2不能与QS3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。为了实现变频器故障的保护，变频器对6KV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF，要求对QF的合分闸电路进行适当改造。工频旁路时，变频器应允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。
（3） 控制原理：用PLC实现压力PI调节控制，保证管道压力恒定。经控制系统处理，输出4-20mA的速度给定信号给变频器，实现泵转速的自动调节。变频调速系统配置上位机，上位机可安装在控制室，通过上位机可以对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在上位机上显示变频器的运行数据和当前状态。为了**调速系统的可靠性，在操作台配置对变频器的控制按钮，也可以对变频器实施启动、停机、加速和减速控制。
（4） 隔离开关、泵出、入口阀门、泵故障等联锁保护。
（5） 设置过流保护，泵低速保护。
（6） 保护行为：用PLC实现，为了提高系统的可靠性，尽可能减少对变频器停送电次数。
4、HARSVERT-A06/130型高压变频器原理及特点
Harsvert-A系列高压变频器是由北京利德华福电气技术有限公司生产，该系统为电压源型高压变频器，具有运行稳定、调速范围广、输出波形好、输入电流谐波低、功率因数高、效等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，不必采用输入谐波滤波器，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。
Harsvert-A系列高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构（简称CSML）。由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,高压主回路与控制器之间为光纤连接，；
电网电压（6kV）经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电机。6kV输出电压每相有7个额定电压为480V的功率单元串联而成，输出相电压3450V，线电压达到6kV左右，每个功率单元承受全部的电机电流，但只提供1/7的相电压和1/21的输出功率。
每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的，即使在电动机电流出现不平衡的情况下，也能保证各相位组的电流基本相同，达到理想的谐波抵消效果。对6kV输出电压，给21个功率单元供电的21个二次绕组每3个一组，分为7个不同的相位组，互差60/7度电度角，形成42脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真低于4%，输入功率因数可以达到0.95以上。
逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一定电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，且输出电平数增加。6kV输出电压输出相电压为15电平，线电压为29电平，输出等效开关频9KHz，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热、噪音、转矩脉动等都大大降低，可以直接用于普通异步电机，不会产生输出电缆较长时行波反射引起的浪涌电压增加而造成电机绝缘破坏问题。
采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的较高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IGBT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障；6kv变频器共使用42对1200V低压IGBT，低压IGBT门极驱动功率较低，驱动电路非常简单，开关频率很低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，系统效，同时功率单元采用电容滤波的结构，总体技术成熟可靠。
变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。另外6KV主电源欠压时可不停机，自动降额，电压正常后再恢复到原来速度。
功率单元采用模块化结构，同一变频器内所有功率单元结构上完全一致，可以互换，维修非常方便，更换功率单元只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可抽出整个单元。当某一功率模块发生故障时，用户在5分钟内，经过简单的操作就可以用备用功率模块进行更换，保系统可靠运行，所有功率模块均有两个指示灯，一个是带电指示，另一个是运行指示，模块的运行状态一目了然。
功率单元为多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，便于现场采取对应措施；即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。为保三相输出电压对称，在旁路故障功率单元的同时，另外两相对应的两个功率单元也同时旁路。对于6kv的变频器每相由7个功率单元串联而成，当每相1个单元被旁路后，每相剩下6个功率单元，输出较高电压为额定电压的86%，输出电流仍可达到**，输出功率仍可达到86%左右，对于水泵负载转速仍可达92%以上，基本能维持生产要求，大大提高了系统运行的可靠性。
输入干式变压器免维护，可靠性高。变压器的防护与变频器共同防护为IP21防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。
率（>96%），输入功率因数高（>0.95），电流谐波少（<4%），无须功率因数补偿/谐波抑制装置；输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，输出线可以长达1000米；减少配件的损耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产效率。
高的调速精度和精确的输出频率分辨率（0.01HZ），输出频率0.5Hz—120Hz连续可调，完全可以满足电力机组生产工艺工况的要求；电机可实现软启动、软制动，转速自动控制；启动电流小于电机的额定电流；电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响。
变频器预装具有自主版权的全中文操作和软件，本机及远程启停操作、功能设定、参数设定、故障查询、运行查询等均采用全中文操作界面；配备彩色液晶触摸显示屏，可实现完整的通用变频器参数设定功能，可打印输出运行报表；调整触摸式面板，可随时显示电压及电流波形、频率和电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态；具有很强的诊断、指示能力：可检测变频器各部分的运行状态，完整的故障监测电路、精确的故障定位，所有的功率模块均为智能化设计，当有故障发生时，将故障信息返回到主控单元中，主控单元会及时将主要功率元件IGBT关断，保护主电路，同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别，使故障点一目了然，适应于一般操作工人和维护人员的技能水平。
变频器直接内置有PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；与机组的DCS系统实现真正的无缝接口。
采用外部模拟信号控制变频器输出频率时（变频器作为DCS的执行机构），如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。
变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入，并配备有UPS，在控制电源发生故障时可以继续运行，同时提供报警。
5、 效益分析：
从节电的角度考虑，因节电而直接带来的经济效益与机组的年运行时间、平均负荷率、电费水平等因素有关。设渣系统的年运行时间为6000小时，平均负荷率80%，厂用电为0.37元每度，高压水泵总耗电在变频改造前后分别占发电量的2.5%和1.4%，则：
改造前每年机组发电量为100000×0.8×6000=48000万度，高压水泵总耗电为48000×2.5%=1200万度，改造后高压水泵总耗电为48000×1.4%=672万度，改造前后高压水泵节约用电为1200-672=528万度，折算电费为195万元。
实际上，机组采用变频调速改造后，由于对电机实现真正的软启动，对电机、水泵、阀门、高压开关等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。另外，变频器高精度、宽范围的无级调速功能，不仅全面满足了电厂峰荷动态调节的需要，而且变频器属于高度智能化的新型高科技设备，与电厂以太网系统实现真正的无缝连接，提高了生产效率和机组自动化水平，大大改善了电厂的工作和生产环境。
一、系统概述
目前我国针织行业中有很多从日本引进的LRB编织机，它担负着纯棉圆通坯布的生产，是生产质量的重要环节。同时LRB编织机由于多年的长期运行，其设备出现的问题也越来越多。主要表现在设备耗能高、故障、停车，维修费用高、维护、维修工作量大，安全性差，尤其是电气控制系统的故障率非常高，改造前设备运行状况如下：
1．1直流调速系统的精确度，灵敏度逐年下降。
1．2慢起动速度有时太快，造成掉布、坏针、机械撞击。
1．3直流电机发热老化严重，换向器磨损大，由于是进口电机无法维修已达到报废状态。
1．4由于直流调速控制系统中控制板立元件老化，每年自燃十余次，严重影响了安全生产。
1．5维修费用高，进口一块调速控制板需1万人民币，每年需五万人民币。进口一台直流电动机需八千人民币，每年需1.6万人民币其他维修费用2万人民币，且有逐年增高趋势。
1．6电气故障，电气故障占总故障60%以上。电气故障停车时间占总故障停车时间80%以上，以上情况严重影响了生产任务的完成。
因此，如果要使其重新焕发青春，将LRB编织机原直流调速系统改造为交流调速控制系统，是一个比较好的选择。辽宁锦州某针织公司经过考察，决定采用性价比高、服务好的惠丰变频器来进行彻底改造。
二、系统配置
选用惠丰F1000-G0037T3系列变频器替代直流调速系统，普通鼠笼异步电动机替代原直流电机。
2．1变频调整系统的实现：为使编织机电气控制布局合理、安全、并能代替原控制方式我们采用将原多点开关信号与DC24信号切换技术把原控制图分解，从而实现去掉原控制系统，使变频器控制系统与原负载系统达到**统一，每台编织机上安装一套变频调速系统，使它与原外围检测器件、开关器件匹配控制。
2．2参数设置：F113=40（目标频率的设定需根据工艺要求或操作熟练程度作适当更改），F114=4.0，F115=3.5，F124=15.00，F125=F126=3.0，F140=1，F200=1，F206=2。
2．3控制端子接线：接线方式比较简单，端子定义按照变频器出场设置即可，不需要另外更改参数，CM（公共端子）、OP1（点动）、OP6（正转）、OP7（反转）、TA/TC（故障报警）。
三、应用效果
锦州某针织公司外贸编织车间的26台LRB编织机中，26台LRB编织机自2003年到2005年实施改造后全部采用惠丰可观，主要表现以下几个方面：
3．1实现了从直流调速时代的跨越发展。
3．2节电效果明显，26台编织机年运行时间24h×300×26=187200h，经实测系统节电率比改造前提高35.6%。按电机平均功率为3kw计算，全年节约电量为：187200×3kw×35.6%=199929.6kwh，按平均电费0.55元/kwh，年节电费用约为11万元。
3．3维修费用下降。改造前26台平均维修费为3万元/年，改造后每台平均1千元/年左右。
4．4电气故障率降低，运转率提高，多生产坯布。26台编织机每年节约维修时间：3h/周×26×4周/月×12月/年=3744h，因此而多生产坯布增产为：40kg/24h×3744h=6240kg。
四、结束语
变频调速系统取代直流调速系统的改造，在编织机上获得成功，技术进步的跨越。应用两年多来，不仅实现了节电及节约维修费用的直接经济效益，且设备故障率大大降低，维修工作量明显减少，提高了产品质量和数量，实现了编织机自动控制的目的。
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，**采用程序化的手段应用于电气控制，这就是**代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的**台PLC。
限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展较快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着**开始的。较初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较*的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
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